LAPORAN TETAP PILOT PLANT PENGUAPAN LAPISAN TIPIS (FALLING FILM EVAPORATOR)
Disusun oleh : Kelompok / Kelas : II / 6KA
Eka Andrian Syaputra 0610 3040 024 !itria "ulansari 0610 3040 026 #ardina Apri Syaputri 0610 3040 02$ %elda D&itasari 0610 3040 0301 %uhammad 'e(a )ahle*i 0610 3040 0302 Sen+a Sen+a De&i De&i Kinanti Kinanti 0610 0610 3040 3040 030$ 030$ Instruktur : Ir, #, %, -eri(am. %,,
JURUSAN TEKNIK KIMIA POLITEKNIK POLITEKNI K NEGERI NEGE RI SRIWIJA SRI WIJAY YA PALEMBANG 2015 FALLING FALLING FILM EVAPORATOR EVAPORATOR
1. TUJUAN PERCOBAAN Dapat mengoperasikan peralatan falling film evaporator di laboratorium pilot
plant POLSRI dengan baik dan benar Dapat memahami proses pengendalian operasi pada panel kendali dengan baik
dan benar Dapat mengamati perubahan warna larutan air dengan indicator warna EB setelah dievaporasi
2. RUMUSAN MASALAH Rumusan masalah !ang
mengoperasikan
diangkat dalam
percobaan
ini
adalah bagaimana
peralatan falling film evaporator dengan baik dan benar serta
bagaimana pengaruh proses evaporasi terhadap peningkatan konsentrasi larutan dengan indicator EB 3. DASAR TEORI
Evaporator adalah alat !ang ban!ak digunakan dalam industri kimia untuk memekatkan suatu larutan" Pada proses fisik# evaporator memerlukan energi untuk mengubah cair men$adi uap" Evaporator menggunakan proses penguapan untuk menurunkan pelarut# evaporator membutuhkan panas dalam pengoperasiann!a" salah satu sumber panas untuk evaporator berasal dari uap air !ang terbentuk dari boiler steam atau buangan uap proses lain" Perbedaan
macam%macam
tipe
evaporator
berdasarkan
prinsip
cara
perpindahan panas !ang diterapkan" Pada umumn!a tipe evaporator ada tiga !aitu rising film# falling film# dan forced circulation evaporator" &alling film evaporator umumn!a ban!ak digunakan dibanding rising film evaporator" &alling film evaporator memiliki waktu tertahan !ang pendek# dan menggunakan gravitasi untuk mengalirkan li'uida !ang melalui pipa" Pada saat sekarang ini falling film evaporator sangat meningkat penggunaan!a di dalam proses industri kimia untuk memekatkan fluida terutama fluida !ang sensitif panas (misal sari buah dan susu)# karena waktu tertahan pendek# cairan tidak mengalami pemanasan berlebih selama mengalir melalui evaporator" La$u perpindahan panas pada falling film evaporator dapat dinaikkan dengan menurunkan suhu permukaan li'uida !aitu dengan cara penghembusan udara panas sehingga tekanan parsial uap akan turun" *al ini menggantikan prinsip evaporasi secara vakum !ang memungkinkan penguapan pada suhu rendah"
Perlu diperhatikan dalam penerapan prinsip falling film evaporator adalah mengatur agar seluruh permukaan evaporator terbasahi secara continue# dan film !ang dihasilkan mempun!ai ketebalan !ang seragam" Sehingga distributor umpan !ang akan dipakai harus didesain secara tepat" Berbagai cara distribusi umpan# dibuat untuk men$amin keseragaman tebal film# antara lain memakai distributor tipe overflow weir# peletakan evaporator harus benar%benar tegak" Beberapa penelitian telah dilakukan untuk mempela$ari perpindahan panas dan massa pada falling film evaporator# Palen# et al# (+,,-) mengadakan penelitian hubungan antara perpindahan panas dan perpindahan massa# untuk campuran biner eth!lene glicol dengan propilene glicol# pada tekanan atmosfer" Penelitian ini menggunakan distribusi film tipe plug melalui celah" *ewit# et al" (+,,.) memberikan persamaan koefisien perpindahan panas pada aliran laminar halus# laminar bergelombang dan turbulen" Lailatul# et al" (/000) mengadakan penelitian tentang pengaruh la$u alir# dan konsentrasi terhadap koefisien perpindahan panas untuk larutan gula" Penelitian ini dilakukan pada tekanan atmosferik" *asil !ang diperoleh menun$ukkan bahwa koefisien perpindahan panas tergantung pada la$u alir dan konsentrasi larutan" 1ugroho dan Pri!ono (+,,,) mengadakan penelitian tentang perpindahan panas pada falling film evaporator pada sistem larutan 2ula%3dara dan hasil !ang diperoleh koefisien perpindahan panas tergantung pada la$u alir umpan# konsentrasi larutan dan la$u alir udara" Semakin besar la$u alir larutan semakin besar koefisien perpindahan panas# sebalikn!a semakin pekat konsentrasi larutan !ang digunakan semakin rendah harga koefsien perpindahan panasn!a" Evaporator selan$utn!a disebut penguap $enis lapis tipis tabung vertical telah lama digunakan misal pada produksi pupuk anorganik# proses desalinasi# industri kertas dan bubur kertas# industri pangan dan bahan alami4larutan biologi dll !ang adalah untuk peningkatan konsentrasi dengan penguapan pelarutn!a !ang umumn!a air" Proses ini dapat4sering digunakan sering digunakan untuk penguapan larutan kental"# larutan sensitif akan panas# larutan !ang mudah terdekomposisi dan penguapan perbedaan temperatur rendah" Penguapan !ang ter$adi akan berada di bawah titik didih air pelarut lain dalam kondisi curah (bulk)" Penguapan akan memerlukan kalor !ang lebih sedikit untuk umpan !ang memang sedikit tersebut karena umpan mengalir dalam bentuk lapis tipis(film)"
5olekul%molekul dalam suatu gas cenderung saling menolak sehingga energi kinetik transisional !ang dikandung oleh setiap molekul memperlihatkan suatu gerak sinambung !ang acak !ang mengakibatkan sebuah molekul !ang lain mengalami perubahan energi" Oleh sebab itu# molekul%molekul gas akan men!ebar secara seragam dan menempati ruang !ang ada sebagai wadahn!a" Sebalikn!a# ga!a tarik menarik antara molekul%molekul gas akan men!ebar secara seragam dan menempati ruang !ang ada" Sebalikn!a ga!a tarik menarik antara molekul%molekul men!ebabkan mereka saling merapat" etapi $ika molekul%molekul tersebut diberi suatu tekanan# pada saat molekul%molekul saling merapat hingga suatu $arak !ang begitu dekat# suatu ga!a tolakan !ang dikandung setiap molekul akan beker$a dan mengakibatkan suatu pen!impangan bentuk" 6da dua kecendrungan !ang dapat ditarik dari uraian diatas# pertama !ang bergantung pada temperatur" 7enaikan temperatur mengakibatkan energi kinetik transisional setiap molekul bertambah dan oleh sebab itu menaikan kemampuan untuk mengatasi ga!a%ga!a !ang cenderung menarik molekul%molekul !ang saling berdekatan" endens kedua adalah agregasi# !ang ditentukan oleh besar ga!a tarik% menarik antara molekul dan $arak terdekat antar molekul" 2a!a tarik !ang dimiliki suatu molekul bertambah hingga mencapai harga maksimum tertentu dimana antara molekul tidak ada lagi tingkah laku ini ditun$ukan pada diagram dibawah ini" 2a!a tarik%menarik maksimum antara molekul ter$adi pada $arak r m sebanding dengan harga minimum energi intermolekul" 8ika $arak tersebut diperdekat (r 9 r m )# energi potensial berubah dengan segera mencapai harga nol pada saat mencapai r 0" 6kibatn!a ga!a tolak menolak antara molekul dan energi intermolekul akan bertambah besar" u$uan dari setiap proses evaporasi adalah menaikkan konsentrasi atau kadar kepekatan suatu larutan !ang terdiri dari :at terlarut !ang tak mudah menguap dari :at pelarutn!a !ang relatif lebih mudah menguap" Penguapan beberapa porsi pelarut tersebut akan memberikan produk !ang berupa larutan pekat dan kental# sedangkan hasil kondensasi uap pelarutn!a bisa dibuang langsung sebagai limbah atau didaur ulang dan digunakan lagi sebagai pelarut" *al%hal ini !ang membedakan proses evaporasi dengan distilasi" &alling &ilm Evaporator adalah metoda penguapan dengan cara men$atuhkan bahan umpan membentuk lapisan tipis# sementara itu pemanas dikontakkan terhadap umpan lapis tipis tersebut dalam suatu kolom &&E (kalandria)" Pertimbangan dibuat lapisan tipis adalah ;
• •
Luas permukaan lebih luas# sehingga memudahkan proses penguapan Penguapan !ang ter$adi berada di bawah titik didih air atau pelarut lain sehingga
memerlukan kalor lebih sedikit" &alling &ilm Evaporator (&&E) adalah salah satu $enis alat untuk proses penguapan !ang diklasifikasikan dalam kelas long tube vertical evaporator . L
vakum tidak dioperasikan turun dan membasahi dinding bagian dalam kolom dan dinding bagian luar tabung%tabung penukar panas !ang diberikan oleh medium pemanas di dalam penukar panas dan dipakai untuk memanaskan larutan mencapai titik didihn!a" Penguapan pelarut dan membawa temperatur uap dari titik temperatur diatasn!a" Sehingga didalam kolom evaporator akan terdapat campuran larutan pada temperatur penguapan pelarut atau sedikit lebih rendah4tinggi dari uap pelarut" 7arena temperatur pada tangki pemisah dan pendingin lebih rendah dari pada temperatur bagian bawah kolom# maka sistem pada kolom tersebut akan mengalami evakuasi (pengosongan) !ang dalam arti sebenarn!a ter$adi penurunan tekanan sehingga kondisi seprti vakum ter$adi oleh karena campuran tersebut akan terhisap menu$u tangki pemisahan dimana bagian campuran tersebut akan terhisap menu$u tangki pemisah dimana bagian campuran !ang berupa larutan produk !ang lebih berat dan pekat turun menu$u tanki pengumpul produk sedangkan uap pelarut menu$u kondensor dikondensasikan dan turun ke tangki pengumpul destilat" Pada sistem kondisi vakum !ang dioperasikan oleh pompa vakum proses akan berlangsung serupa" etapi titik didih !ang dicapai akan lebih rendah pda kondisi atmosfir" Selain itu kemungkinan aliran balik (blow%back) karena pembentukan uap pelarut dan tekanan persial !ang dikandungann!a lebih kecil" Sedangkan berdasarkan tipe pemanasan dapat diklasifikasikan ke dalam sistem pemanasan dipisahkan oleh dinding pertukaran panas# !aitu $enis kolom calandria shell and tube" &&E memiliki efektivitas !ang baik untuk ;
a" pengentalan larutan%larutan !ang $ernih b" pengentalan larutan berbusa c" pengentalan larutan%larutan !ang korosif d" beban penguapan !ang tinggi e" temperatur operasi !ang rendah
7iner$a suatu evaporator ditentukan oleh beberapa factor lainn!a ; a" 7onsumsi uap b" Steam ekonomi c" 7adar kepekatan d" Persentasi produk
Proses pengaupan berlangsung pada kalandria shell and tube" Di dalam kalandria tersebut terdapat tabung ber$umlah tiga# umpan masuk didistribusi ke masing%masing tube kemudian membentuk lapisan tipis pada selimut bagian dalam tube" Sementara pemanas berada diluar tube# bahan umpan !ang turun secara gravitasi men!erap panas maka ter$adi penguapan pelarut sehingga keluar dari kalandria terdiri dari dua fasa ( fasa uap pelarut dan larutan pekat ) kemudia dipisahkan di separator"
&alling film evaporator memiliki kelebihan dan kelemahan ; (*ewitt# dkk# +,,-= Salvagnini 5"> dan 5aria E"S"# /00-)
6plikasi waktu tinggaln!a singkat dan digunakan untuk fluida sensitif terhadap
panas *an!a dibutuhkan ruang !ang kecil untuk penempatann!a Digunakan untuk cairan dengan kandungan padatan rendah 7oefisien perpindahan panas tinggi idak ada kenaikan titik didih !ang disebabkan perbedaan tekanan
5etode &&E sudah ban!ak digunakan pada industri ; a" Produksi pupuk organic b" Proses desalinasi c" Bubur kertas dan industri kertas d" Bahan alami4larutan biologi
4. ALAT DAN BAHAN
I"
II"
6lat !ang digunakan 6lat &alling &ilm Evaporator Selang Ember
Seperangkat + buah / buah
Bahan !ang digunakan 6ir Erichrome Black (EB)
secukupn!a secukupn!a
5. LANGKAH KERJA (Pemanasan langsung oleh kukus 4 steam aliran searah) +" 5enutup katup%katup
penuh (+00lt) -" 5enambahkan pewarna indicator erichrome black (EB) secukupn!a beberapa tetes dan mengaduk sampai merata ?" Pada panel pengendali# men!alakan pengendali dengan memutar Cswitch utama (merah) ke angka I men!usul switch tekanan (hitam) $uga ke angka I" @" 5enekan tombol sampai lampu hi$au (SP%>) men!ala A" 5enekan tombol +0 (manual) sampai lampu kuning men!ala " 5enekan tombol ?"+ dan ?"/ warna kuning (O3%F) sampai menun$ukkan angka , G ," 5enekan tombol +. sampai lampu hi$au didekatkan men!ala +0" 5enekan tombol +/"+ dan +/"/ warna hi$au (SP%>) sampai angka ditampilkan - menun$ukkan tekanan + bar ++" 5enekan lagi tombol +. sampai lampu warna hi$au mati +/" 5enekan tombol sampai lampu merah HP<%J men!ala tampilan - sekarang menun$ukkan tekanan operasi sebenarn!a +." 5enekan tombol pompa umpan (kanan bawah panel)# lampu hi$au men!ala +-" 5engatur la$u umpan +?0 L4$am +?" Setelah umpan telah menu$u kalandria# menekan tombol (+0) manual sampai lampu kuning mati (operasi sekarang otomatis)# mencatat temperaturn!a +@" 5ematikan peralatn falling film evaporator +A" 5engamati perubahan warna pada tangki umpan" PE12*E1I61 PROSES +" 5enutup katup%katup manual kukus Hbaik !ang ke calandria (sudah harus tertutup) maupun penukar panasJ menggunakan sarung tangan /" Pada pengendali PIK menekan4 men!alakan tombol +0 warna kuning HmanualJ sampai lampu didekatn!a men!ala
TEMPERATUR U"#$% "$&' S)*$" "$&' S)*$" *+'$, U$# #,-' P,-' #*$)
ANGKA (! /#, +0,#@ ,A#@ /,#A -@#
." 5enekan sampai didekatn!a
tombol tampilan
?"+ @
HO3%FJ
menun$ukkan angka , -" Pada panel pengendali mematikan switch tekanan HhitamJ dan switch utama HmerahJ ke 0 HoffJ ?" 5enutup katup udara tekan
6. DATA PENGAMATAN
La$u alir umpan +?0 lt4$am Perubahan warna larutan Perubahan warna Sebelum evaporasi Setelah evaporasi Berwarna ungu muda Berwarna ungu sedikit lebih pekat
7. ANALISA PERCOBAAN
Percobaan !ang telah dilakukan kali ini bertu$uan untuk proses peningkatan konsentrasi dari larutan dimana dengan larutan !ang digunakan !aitu air dengan campuran :at warna erichrome black (EB)" 3ntuk dilakukan peningkatan konsentrasi ini dilakukan dengan cara menguapkan pelarut !ang ada didalam larutan" Proses penguapan inilah !ang disebut dengan evaporasi" Peralatan evaporasi !ang dipakai adalah falling film
evaporator dimana proses ter$adin!a perpindahan panas !ang men!ebabkan adan!a perpindahan massa di kalandria" Didalam kalandria tersebut terdapat pipa shell and tube dengan $umlah tiga tube dan satu shell" Didalam tube%tube inilah umpan akan dipekatkan konsentrasin!a" Pada tube ini larutan erichrome black akan turun secara gravitasi dan terdapat distributor untuk memperluas kontak dengan permukaan sehingga membentuk lapisan tipis disepan$ang dinding tube bagian dalam" 7emudian steam !ang diumpankan secara co%current masuk didalam shell" 7arena adan!a perbedaan temperature !ang tinggi antara steam dan umpan larutan EB maka ter$adi perpindahan panas dari steam ke umpan larutan" 7arena umpan membentuk lapisan tipis maka proses perpindahan panas ber$alan dengan cepat" Proses perpindahan panas ter$adi secara konveksi dan konduksi" Perpindahan secara konduksi ter$adi melalui dinding% dinding tube dan secara konveksi ter$adi melalui molekul%molekul fluida !ang bergerak $atuh" Steam dialirkan dari atas kebawah hal ini dikarenakan untuk meningkatkan efektivitas dan efessiensi penggunaan steam karena saat steam diumpankan dari atas dan setelah menukar panasn!a steam akan men$adi kondensat dan turun ke separator" etapi $ika steam diumpankan dari bawah ke atas maka kondensat !ang terbentuk akan bersinggungan dengan steam sehingga akan menurunkan suhu steam dan hal ini men!ebabkan ban!ak kehilangan panas" 7emudian setelah menukar panassn!a ke umpan maka sebagian pelarut akan menguap"dan untuk keluaran dari kalandriamenu$u separator menu$u dua fase !aitu cairan dan uap"
Didalam kalandria
temperature operasi lebih tinggi $ika disbanding dengan separator sehingga terdapat perbedaan tekanan# dan men!ebabkan keluaran dari kalandria terhisap ke separator" Didalam separator ter$adi perpisahan cairan dan uap" 3ap akan menu$u kedalam condenser dan didinginkan menggunakan air pendingin dan turun sebagai destilat sementara cairan !ang lebih pekat kembali ktangki pengumpanan dengan konsentrasi lebih tinggi" Semakin lama evaporasi maka konsentrasi larutan tersebut akan semakin tinggi" /. KESIMPULAN Berdasarkan hasil percobaaan dapat disimpulkan bahwa ; u$uan dari proses evaporasi adalah untuk meningkatkan konsentrasi
larutan dengan cara menguapkan sebagian pelarutn!a
er$adi evaporasi disebabkan karena adan!a perpindahan panas secara konduksi dan konveksi dari steam ke umpan dan kemudian ter$adi
perpindahan massa Pemekatan konsentrasi larutan dalam percobaan diamati dari bertambah pekatn!a warna dari larutan"
DAFTAR PUSTAKA
Bustomi# 6hmad"/0+?" Penuntun Praktikum Pilot Plant " Politeknik 1egeri Sriwi$a!a; Palambang" http;44industr!oleochemical"blogspot"com4/0+/40-4falling%film%evaporator"html http;44matekim"blogspot"com4/0+040?4f%f%e"html http;44digilib"its"ac"id4public4IS%3ndergraduate%+/,-0%Paper"pdf
GAMBAR ALAT
Fallin Fil! E"a#$%a&
%$
